改变世界的5大常数,学过数学的人,这一辈子都不会忘记!
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青少年數學之旅
何謂數學?
數學家Eduardo曾這樣回答
“數學是永恒,是真理,是一切的答案。”
回首往昔數學始終伴隨我們左右縱橫交錯的幾何、繁瑣復雜的運算難以求解的方程、無從下手的猜想......盡管在數學道路上有多么的坎坷、崎嶇、變化莫測但不變的是數學之美
而這一切的發現,都離不開漫長數學史中的那一群人。
他們是科學文明的先驅者,引領數學浪潮,勇攀科技之巔;用字符譜寫最動聽的數學之歌,傳唱于人類的歷史長河上。
今天,超模君就來講幾個數學界大咖級別的常數。
畢達哥拉斯常數
沒錯,就是那個引發第一次數學危機的數字——√2?≈ 1.4142135623730950488。
公元前500年,有一位牛人,叫畢達哥拉斯。如果你對這位牛人有點兒陌生,那畢達哥拉斯定理應該知道吧,那就是:直角三角形中,兩直角邊的平方和等于斜邊的平方。
在中國,這被稱為“勾股定理”。
他創辦了一個數學學派,叫做畢達哥拉斯學派,該學派認為:整數就像原子一樣,構成了宇宙中的一切,并可以描述宇宙中的一切。宇宙間各種關系都可以用整數或整數之比來表達,除此之外,就什么都沒有了。。。
希勃索斯,在研究老師的定理時,發現了一個神奇的現象:邊長為1的正方形,其對角線的長竟然無法用整數或整數之比表示出來!
于是,他把這個驚人的發現告訴了老師畢達哥拉斯。。。
希勃索斯本來以為老師會將這一發現公布于眾,改變人們錯誤的認識。
沒想到,老師卻認為這樣會動搖到畢達哥拉斯學派在學術界的統治地位,便新規定了一條紀律:誰都不準泄露存在根號2(即無理數)的秘密。
后來,天真的希勃索斯有一次無意中向別人談到了他的發現,結果他被認為是學派的“逆賊”,被囚禁,受盡百般折磨,最后被投入愛琴海淹死。。。
關于希勃索斯的死有很多個版本,眾說紛紜,但無論如何,希勃索斯都被人們當作是發現無理數的第一人。
√2就是第一個被發現的無理數,它的應用非常廣泛,比如我們平常用的A4紙長寬之比就等于√2。
畢達哥拉斯樹
辛欽常數
對于任意實數x,都可以寫成下面的形式:
其中,a0,a1,a2……都是整數,而?[a0; a1, a2, a3, …] 就稱為實數x的連分數展開。
蘇聯數學家辛欽Khinchin
1964年,數學家辛欽證明了一個驚人的結論:對于幾乎所有實數x(除了有理數、實系數二次方程的解,以及自然對數的底e等特殊情況之外),其連分數表示式的系數ai的幾何平均數會收斂到一個相同的數,且與實數x的數值無關。
這個數就是辛欽常數,用表示。
不過,對于這個神秘的常數,人們了解的還是很少,除了它的精確值不容易求出之外,關于辛欽常數是否為無理數,到目前也還沒有人能證明。
圓周率π
圓周率 π ≈ 3.14159是圓的周長與直徑的比值,是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值,人類很早就認識到了圓周率的存在。
公元前3世紀初,歐幾里得在其著作《幾何原本》中就提到過圓周率是常數;
公元前2世紀左右,中國古算書《周髀算經》中有“徑一而周三”的記載,也認為圓周率是常數。
而如今用來表示圓周率的希臘字母π,本來與圓周率毫無關系,只是從1736年開始,歐拉在書信和論文中都用π來表示圓周率,久而久之,人們就普遍認同π就是圓周率了。
π應該是數學中最基本、最重要、最神奇的常數了,人類對它的探索就從來沒停止過,不過,從它的出現到確定它是無理數,人類就花了3000年的時間。。。
直到1761年,德國數學家朗伯(Lambert)才證明了 π 是一個無理數。
1882 年,德國數學家林德曼(Ferdinand von Lindemann)證明了圓周率 π 是一個超越數。(不滿足任一個整系數代數方程的數)
自然底數e
17世紀末,伯努利(Bernoulli)發現了一個有趣的現象,會隨著x的增大而越來越接近某個固定的數。
半個世紀后,歐拉才仔細研究了這個問題,并用字母 e 來表示這個常數:
他不僅求出了e ≈ 2.718,還證明了 e 是一個無理數。
跟π一樣,?e?也是一個超越數,于1873 年被法國數學家夏爾·埃爾米特(Charles Hermite)證明。
復常數
數學中,還有一個很特別的常數,就是虛數單位?i?,它是指?-1?的開平方,它的出現,瞬間將整個數域又擴充了一半。
而最美公式——“歐拉恒等式”就將世界上最基本的兩個數字 0,1,以及數學中最重要最基本的三大常數π、e、i 都聯系到了一起,干凈利落,簡直漂亮到了神圣的地步!
寫在最后
無論是畢達哥拉斯常數、辛欽常數、復常數,還是圓周率π、自然底數e ,每一個數學常數都是開啟數學之門的鑰匙,都是這些頂尖數學家深邃的寶藏。
而我們推出的年度數學藝術禮盒《數學之旅 · 閃耀人類的54個數學家》,透過這一張張撲克牌,我們看到了一群迸發著智慧光芒的頂尖數學家,他們讓我們更直觀地明白什么才是數學之美!
正因如此,科學與數學的美在這里相聚,才擁有了驚嘆千年的藝術魅力。
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總結
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